Τα νουκλεόνια είναι ατομικά σωματίδια που αποτελούν την πλειοψηφία της μάζας της ύλης. Τα άτομα έχουν έναν πυρήνα που αποτελείται από αυτά τα σωματίδια — επίσης γνωστό ως πρωτόνια και νετρόνια &mash; και ηλεκτρόνια, που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα. Ένα άτομο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μικροσκοπικό ηλιακό σύστημα, με «πλανήτες» (ηλεκτρόνια) που περιστρέφονται γύρω από ένα κεντρικό «άστρο» (τον πυρήνα). Τα ηλεκτρόνια έχουν μόνο 1/1836 τη μάζα των πρωτονίων και 1/1837 τη μάζα των νετρονίων, ενώ τα νετρόνια και τα πρωτόνια έχουν περίπου την ίδια μάζα.
Μόνο σπάνια βρίσκονται νουκλεόνια ανεξάρτητα – συνήθως είναι σφιχτά κλειδωμένα στον πυρήνα των ατόμων. Συγκρατούνται από την ισχυρότερη δύναμη στο σύμπαν, που ονομάζεται ισχυρή δύναμη. Η ισχυρή δύναμη είναι περίπου 100 φορές ισχυρότερη από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, αλλά λειτουργεί μόνο σε εξαιρετικά μικρές αποστάσεις, όπως σε έναν ατομικό πυρήνα. Όταν η ισχύς του απελευθερώνεται, σπάζοντας ή συντήκοντας τους ατομικούς πυρήνες, τα αποτελέσματα είναι εκπληκτικά. Αυτό είναι κοινώς γνωστό ως «πυρηνική ενέργεια» και μπορεί να φανεί στην ενέργεια που παράγεται από τον Ήλιο ή την καταστροφική δύναμη μιας ατομικής βόμβας.
Περιστασιακά, τα πρωτόνια και τα νετρόνια υπάρχουν ανεξάρτητα. Η ραδιενεργή διάσπαση, που βρίσκεται σε ουσίες όπως το ουράνιο, είναι μια διαδικασία με την οποία στοιχεία εκπέμπουν αργά πρωτόνια και νετρόνια σε μορφές γνωστές ως ακτινοβολία άλφα. Αυτό, σε συνδυασμό με άλλες μορφές ραδιενεργής ακτινοβολίας, μπορεί να είναι επιβλαβές για τον άνθρωπο. Το διάστημα είναι γεμάτο με τέτοια ακτινοβολία, που αποτελείται από ενεργητικά σωματίδια που ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές με ταχύτητες κοντά σε αυτήν του φωτός. Αυτά τα σωματίδια εκπέμπονται σε μικρές ποσότητες από κάθε αστέρι.
Στους επιταχυντές σωματιδίων, οι φυσικοί επιταχύνουν τους ατομικούς πυρήνες μεταξύ τους με μεγάλες ταχύτητες, για να τους διαλύσουν και να απελευθερώσουν μια βροχή σωματιδίων που μπορούν να αναλυθούν. Με αυτόν τον τρόπο έχουν βρεθεί διάφορα εξωτικά σωματίδια. Για παράδειγμα, το 1969, επιβεβαιώθηκε ότι τα νουκλεόνια αποτελούνταν στην πραγματικότητα από μικρότερα σωματίδια, τα ονομαζόμενα κουάρκ, τα οποία συγκρατούνται μεταξύ τους από σωματίδια που μεσολαβούν στη δύναμη, που ονομάζονται γκλουόνια. Πριν από αυτά τα πειράματα υψηλής ενέργειας, τα κουάρκ είχαν χρησιμοποιηθεί ως βολικό θεωρητικό κατασκεύασμα, αλλά μόνο μετά τα πειράματα διαπιστώθηκε ότι ήταν, στην πραγματικότητα, σωματίδια.